前列腺癌标志物的表面增强拉曼光谱检测理论与实验研究

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前列腺癌是一种严重威胁中老年男性健康的疾病,它是男性第二大致死性癌症。国内外大量体外研究表明,在前列腺癌早期,前列腺癌患者前列腺及其分泌物中锌离子(Zn2+)及柠檬酸根离子的含量较正常人显著降低,因此它们能作为前列腺癌的标志物,为前列腺癌的早期诊断提供有力证据。本研究利用表面增强拉曼光谱(SERS),以非水溶性2-羧基-2’-羟基-5’-磺甲酰基苯(Zincon)分子作为SERS探针实现了人前列腺液中Zn2+浓度的检测,同时从理论与实验两方面说明了所提出的SERS探针定量检测Zn2+的特异性;并利用电化学-表面增强拉曼光谱(EC-SERS)联用技术实现了柠檬酸根离子浓度的定量检测。具体如下:首先,采用密度泛函(DFT)理论计算,优化了SERS探针Zincon及其与Zn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+络合物的分子结构模型,同时对这些分子内化学键的振动进行理论计算。实验方面,采用化学还原法合成具有SERS增强效应的金纳米颗粒,同时利用金纳米颗粒在正己烷/水的液-液两相界面的自组装能力,通过简单涡旋作用制备了自组装金纳米阵列,用于对Zincon及其四种络合物进行了SERS光谱研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等表征方法对金纳米阵列进行了表征。对比研究了Zincon及其四种金属络合物的理论计算拉曼光谱、常规拉曼光谱(NRS)和SERS光谱,从而分析Zincon及其四种络合物的特征振动峰并对其峰位进行了详细的归属指认,分别从理论与实验两方面说明了以Zincon作为探针利用SERS法特异性检测Zn2+的可行性。其次,以自组装的金纳米阵列作为SERS增强基底,Zincon作为SERS探针,特异性检测了人前列腺液中的前列腺癌标志物Zn2+。Zincon在特定条件下(70μL乙醇、500μL正己烷、p H值为7.1、涡旋混合时间10 min)络合Zn2+前后会呈现出显著不同的SERS光谱,因此可以用其特征峰定量Zn2+。实验结果表明建立的SERS方法呈现良好的线性相关性,R=0.994,线性范围0.500到10.0μmol/L,检测限0.127μmol/L,加标回收率81.0%-101%。同时,对比该方法与标准方法原子吸收光谱法(AAS)对检测的实际样品结果准确度为93.7%,验证了该方法的准确性与可靠性。最后,通过化学还原法合成了银纳米颗粒,在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)诱导下于正己烷/银溶胶界面自组装成银纳米阵列,并将其转移至丝网印刷三电极(SPE)中的工作电极表面,制成银纳米阵列@丝网印刷电极(Ag nanoarray@SPE)。同时,以孔雀石绿(MG)为SERS探针考察其增强因子及信号重现性,实验结果表明其具有较好的SERS增强效果及信号重现性。在优化了施加电位(0.100 V vs.Ag/Ag Cl)、通电富集时间(400 s)、体系的p H值(p H 8)后,实现了水溶液中柠檬酸根离子浓度的定量检测,其在浓度0.100到2.00 mmol/L范围内呈现线性关系,R=0.989,检测限0.0513 mmol/L,加标回收率为92.0%-111%,说明方法具有一定的准确度和可靠性。
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